DE102011075271A1

DE102011075271A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Ventils

Info

Publication number: DE102011075271A1
Application number: DE102011075271A
Authority: DE
Inventors: Michael Wirkowski; Christian Mey
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: DE102011075271B4; US20140216419A1; WO2012150298A1; CN103649521A; KR101941948B1; KR20140025505A; CN103649521B; US9447893B2

Abstract

Ein Verfahrung zum Steuern eines Ventils (20), das aufweist eine Feder (32) mit einer Federkraft (F_1), einen Aktuator (42) mit einer entgegen der Federkraft (F_1) wirkbaren Aktuatorkraft (F_2), einen Stift (34), der mittels des Aktuators (42) betätigbar ist, ein Dichtelement (36), das mit dem Stift (34) koppelbar ist, und einem Dichtsitz 38, so dass das Ventil geschlossen ist, wenn das Dichtelement 36 an dem Dichtsitz 38 anliegt, umfasst: – Ermitteln eines erwarteten natürlichen Öffnungszeitpunktes (NP), bei dem das Dichtelement (36) auf Grund einer Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil (20) von dem Dichtsitz (38) abhebt, – Aufprägen eines elektrischen Stroms mit einem vorgegebenen Wert auf den Aktuator (42) zu einem Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt, zu dem das Dichtelement (36) an dem Dichtsitz (38) anliegt, so dass der Stift das Dichtelement (36) berührt und die Aktuatorkraft (F_2) der um einen vorgegebenen Wert verringerten Federkraft (F_1) entspricht. Eine Vorrichtung ist zum Durchführen des Verfahrens geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Ventils.
Insbesondere wird ein derartiges Ventil in einer Hochdruckpumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
Derartige Ventile unterliegen starken Beanspruchungen, insbesondere, wenn sie Dauerbelastungen, wie zum Beispiel in Hochdruckpumpen, ausgesetzt sind. Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise 2000 bar oder mehr ausgesetzt sind, werden hohe Anforderungen an die Ventile in derartigen Pumpen gestellt. Sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen dieser Ventile können Geräusche auftreten.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Ventils anzugeben, mit dem beziehungsweise mit der ein präziser und geräuscharmer Betrieb des Ventils ermöglich ist.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens geeignet ist.
In einer Ausführungsform weist das Ventil eine Feder mit einer Federkraft auf. Das Ventil weist weiterhin einen Aktuator mit einer entgegen der Federkraft wirkbaren Aktuatorkraft auf. Das Ventil weist einen Stift auf, der mittels des Aktuators betätigbar ist. Das Ventil weist weiterhin ein Dichtelement auf, das mit dem Stift koppelbar ist. Das Ventil weist einen Dichtsitz auf, so dass das Ventil geschlossen ist, wenn das Dichtelement an dem Dichtsitz anliegt.
Ein erwarteter natürlicher Öffnungszeitpunkt wird ermittelt, bei dem das Dichtelement aufgrund einer Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil von dem Dichtsitz abhebt. Ein elektrischer Strom wird mit einem vorgegebenen Wert auf den Aktuator aufgeprägt zu einem Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt. Zu dem Zeitpunkt liegt das Dichtelement an dem Dichtsitz an. Der elektrische Strom wird so aufgeprägt, dass der Stift das Dichtelement berührt und die Aktuatorkraft der um einen vorgegebenen Wert verringerten Federkraft entspricht.
Dies hat den Vorteil, dass das Ventil derart langsam geöffnet werden kann, dass die Geräuschentwicklung des Ventils klein gehalten und dennoch ein zuverlässiges und ausreichend rasches Öffnen des Ventils erreichbar ist. Des Weiteren kann ein Verschleiß des Ventils klein gehalten werden.
Der Wert, um den die Federkraft verringert ist, in insbesondere Abhängig von Druck beziehungsweise der aus dem Druck resultierenden Kraft an dem Dichtelement zum natürlichen Öffnungszeitpunkt.
Das Intervall, in dem der vorgegebene Stromwert auf den Aktuator aufgeprägt wird, wird sehr kurz vorgegeben, so dass der Zeitpunkt, zu dem der vorgegebene Stromwert auf den Aktuator aufgeprägt wird, unmittelbar vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt liegt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der vorgegebene Stromwert auf den Aktuator aufgeprägt wird, liegt das Dichtelement gerade noch an dem Dichtsitz an und im nächsten nachfolgenden Schritt, zum Zeitpunkt des natürlichen Öffnungszeitpunktes, hebt das Dichtelement von dem Dichtsitz ab.
Gemäß weiteren Ausführungsformen wird dem Aktuator in einem ersten Betriebsmodus ein Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufgeprägt ausgehend von einem Anfangswert des Stroms, bei dem der Stift in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils erlaubt. Messwerte des Stroms werden zeitlich aufeinander folgend ermittelt, und ein Referenzwert des Stroms nimmt den aktuellen Messwert des Stroms an, sobald der Verlauf der Messwerte des Stroms von dem dem Aktuator aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht. Der Referenzwert des Stroms ist repräsentativ dafür, dass die Aktuatorkraft der um den vorgegebenen Wert verringerten Federkraft entspricht. In einem zweiten Betriebsmodus entspricht der vorgegebene Wert des Stroms, der zu dem Zeitpunkt innerhalb des vorgegebenen Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt dem Aktuator aufgeprägt wird, dem Referenzwert. So ist im ersten Betriebsmodus der Wert des Stroms ermittelbar, der zu dem Zeitpunkt vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt aufgeprägt wird.
In weiteren Ausführungsformen sind der Referenzwert des Stroms und/oder der natürliche Öffnungszeitpunkt abhängig von einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil oder in einem vorgegebenen Bereich des Ventils. Dies hat den Vorteil, dass Referenzwerte des Stroms beziehungsweise der natürliche Öffnungszeitpunkt unter verschiedenen, insbesondere temperaturabhängigen Betriebsbedingungen des Ventils, ermittelt werden können.
In weiteren Ausführungsformen ist das Ventil in einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine angeordnet und der Referenzwert des Stroms und/oder der natürliche Öffnungszeitpunkt werden abhängig von Kennwerten der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass Referenzwerte des Stroms beziehungsweise der natürliche Öffnungszeitpunkt unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ermittelt werden können.
In weiteren Ausführungsformen werden der Referenzwert des Stroms und/oder der natürliche Öffnungszeitpunkt in einem Betriebspunkt abhängigem Kennfeld abgelegt. Dies hat den Vorteil, dass die Referenzwerte des Stroms beziehungsweise der natürliche Öffnungszeitpunkt für verschiedene Betriebsbedingungen des Ventils beziehungsweise der Brennkraftmaschine insbesondere im Rahmen des ersten Betriebsmodus abgespeichert werden können und für den jeweiligen aktuellen Betriebszustand des Ventils beziehungsweise der Brennkraftmaschine während des zweiten Betriebsmodus zur Anwendung kommen können.
Insbesondere wird in dem zweiten Betriebsmodus dem Aktuator nach dem natürlichen Öffnungszeitpunkt so ein elektrischer Strom aufgeprägt, dass sich der Stift in eine Position bewegt, in der er das Schließen des Ventils nicht erlaubt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnis zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Pumpe mit einem Ventil in einem Längsschnitt,
2 eine schematische Ansicht des Ventils in einem Längsschnitt,
3 eine schematische Ansicht des Ventils in drei Betriebszuständen, und
4 eine schematische Ansicht von Stromverläufen beim Steuern des Ventils.
1 zeigt eine Pumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12. Die Pumpe 10 ist insbesondere als Hochdruckpumpe, vorzugsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet. In dem Pumpengehäuse 12 ist ein Pumpenkolben 14 bewegbar gelagert. In dem Pumpengehäuse 12 befindet sich an einem Ende des Pumpenkolbens 14 ein Druckraum 16. Um den Druckraum 16 mit Fluid befüllen zu können, weist dieser eine Zulaufleitung 18 auf, in der vorzugsweise ein als Einlassventil ausgebildetes Ventil 20 angeordnet ist. Das als Einlassventil ausgebildete Ventil 20 ist vorzugsweise als digital geschaltetes Ventil ausgebildet. Das Ventil 20 erleichtert die Befüllung des Druckraums 16 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zulaufleitung 18. Der Druckraum 16 weist weiter eine Ablaufleitung 22 auf, in der ein als Auslassventil ausgebildetes weiteres Ventil 24 angeordnet ist. Damit kann Fluid aus dem Druckraum 16 ausgestoßen werden.
Die Pumpe 10 weist weiter eine Antriebswelle 26 auf, die mit einem Exzenterring 28 in Wirkverbindung steht und in einer Drehrichtung D im Uhrzeigersinn drehbar ist. Anstelle des Exzenterrings 28 kann auch eine Nockenwelle eingesetzt werden. Alternativ kann die Pumpe 10 auch als Kurbeltriebpumpe ausgeführt sein.
2 zeigt das Ventil 20 mit einem Ventilgehäuse 29, das eine Ausnehmung 30 aufweist. In der Ausnehmung 30 sind eine Feder 32, ein Stift 34 und ein Dichtelement 36 angeordnet. Die Feder 32 spannt das Dichtelement 36 über den Stift 34 vor, indem sie sich an einer Wand der Ausnehmung 30 abstützt. Der Stift 34 hat einen ersten zylinderförmigen Teil 34a und einen zweiten zylinderförmigen Teil 34b, wobei der erste Teil 34a einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Teil 34b.
In der Ausnehmung 30 befindet sich weiter ein gegenüber dem Ventilgehäuse 29 fest angeordneter Dichtsitz 38, der Durchgangsausnehmungen 40 aufweist. Über die Durchgangsausnehmungen 40 kann Fluid strömen, wenn das Dichtelement 36 nicht an dem Dichtsitz 38 anliegt.
Das Ventil 20 weist weiter einen Aktuator 42 auf, der insbesondere als Magnetspule ausgebildet ist. Der erste Teil 34a des Stifts 34 ist innerhalb des Aktuators 42 angeordnet und kann von dem Aktuator 42 betätigt werden.
Im Folgenden soll die Funktionsweise der Pumpe 10 und des Ventils 20 beschrieben werden:
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 26 in einer Drehrichtung D wird der Pumpenkolben 14 mittels des Exzenterrings 28 zu der Antriebswelle 26 hin bewegt, bis er einen unteren Totpunkt erreicht. Dabei öffnet das Ventil 20 aufgrund einer Federkraft F_1 der Feder 32 und der Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil 20. Das Dichtelement 36 hebt von dem Dichtsitz 38 ab (3). Dieser Zeitpunkt, an dem das Dichtelement 36 von dem Dichtsitz 38 abhebt, wird als natürlicher Öffnungszeitpunkt NP (4) bezeichnet.
Der Druckraum 16 wird nun mit Fluid befüllt. Durch eine weitere Drehbewegung der Antriebswelle 26 in der Drehrichtung D wird der Pumpenkolben 14 durch den Exzenterring 28 von der Antriebswelle 26 weg bewegt und verdichtet dabei das in dem Druckraum 16 befindliche Fluid. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt wird das Ventil 20 durch Anlegen eines Stroms an den Aktuator 42 geschlossen, wodurch eine entgegen der Federkraft F_1 wirkende Aktuatorkraft F_2 auf den Stift 34 wirken kann. Durch die Bewegung des Stifts 34 in Richtung der Aktuatorkraft F_2 und der herrschenden Druckverhältnisse vor und hinter dem Ventil 20 kann sich das Dichtelement 36 an den Dichtsitz 38 anlegen, und eine Fluidströmung durch die Durchgangsausnehmungen 40 ist unterbunden. Das in den Druckraum 16 verdichtete Fluid kann nun vollständig über das als Auslassventil ausgebildete weitere Ventil 24 aus der Pumpe 10 ausgestoßen werden. Der Pumpenkolben 14 hat nun einen oberen Totpunkt TP erreicht (Nockenwellensignal NS, 4).
Handelt es sich bei der Pumpe 10 um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff zu einem als Hochdruckkraftstoffspeicher ausgebildeten Fluidspeicher, dem so genannten Common Rail, gelangen.
Sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Ventils 20 können aufgrund mechanischer und hydraulischer Ursachen Geräusche an dem Ventil 20 auftreten. Die beim Öffnen des Ventils 20 auftretenden Geräusche werden im Folgenden anhand von 3 beschrieben. Beim Öffnen des Ventils gelangt in einem ersten Schritt das Dichtelement 36 in Anschlag mit dem Ventilgehäuse 29 (3A), wodurch ein erstes Geräusch auftreten kann. Das Dichtelement 36 kann sich nach dem Kontakt mit dem Ventilgehäuse 29 wieder in Richtung auf den Stift 34 zu bewegen, während der Stift 34 seinerseits durch die Federkraft F_1 der Feder 32 auf das Dichtelement 36 zu bewegt wird. Treffen das Dichtelement 36 und der Teil 34a des Stifts 34 aufeinander, so kann ein weiteres Geräusch auftreten (3B). Im Folgenden wird der Stift 34 durch die Federkraft F_1 der Feder 32 gegen den Dichtsitz 38 bewegt. Trifft das Teil 34b des Stifts 34 auf den Dichtsitz 38 auf, so kann ein weiteres Geräusch entstehen (3C).
Im Folgenden soll das Steuern des Ventils 20 für ein stromlos offenes Ventil im Detail dargestellt werden (4). Es versteht sich, dass dies in entsprechender Weise auf ein stromlos geschlossenes Ventil angewendet werden kann.
Abhängig vom oberen Totpunkt TP ist der natürliche Öffnungszeitpunkt NP des Ventils 20 vorgegeben. Der natürliche Öffnungszeitpunkt NP ist in Ausführungsformen von weiteren Einflussgrößen abhängig, insbesondere der Temperatur und dem Druck in dem Ventil oder in Bereichen an dem Ventil. Ausgehend vom oberen Totpunkt TP ist das Ventil bis zum natürlichen Öffnungszeitpunkt NP geschlossen. Das heißt, das Dichtelement 36 liegt auf dem Dichtsitz 38 an und ist mit diesem in Kontakt.
Der Strom, der auf den Aktuator aufgeprägt wird, wird so eingestellt, beispielsweise vom Zeitpunkt des oberen Totpunkts ausgehend gesteigert, dass sich die Kraft F_2 zu einem Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt so aufgebaut hat, dass die Aktuatorkraft F_2 im Wesentlichen der Federkraft F_1 entspricht. Die Aktuatorkraft F_2 ist zu dem Zeitpunkt innerhalb des vorgegebenen Intervalls minimal kleiner als die Federkraft F_1. Die Aktuatorkraft F_2 entspricht einer um einen vorgegebenen Wert F_3 verringerten Federkraft F_1. Der vorgegebene Wert F_3 ist beispielsweise abhängig von den Druckverhältnissen vor und hinter dem Dichtelement 36. In Ausführungsformen ist die Aktuatorkraft F_2 zu dem Zeitpunkt innerhalb des Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt NP gleich der Federkraft F_1. Das vorgegebene Intervall vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt wird infinitesimal klein gewählt.
Entsprechend wird der Strom so auf den Aktuator 42 aufgeprägt, dass die Aktuatorkraft F_2 unmittelbar vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt NP minimal kleiner ist als die Federkraft F_1. Dadurch ist der Stift 34 zum natürlichen Öffnungszeitpunkt NP und unmittelbar vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt NP des Ventils 20 in einer Mittelstellung zwischen einer maximalen Position des Stifts 34, in der der Stift 34, insbesondere der Teil 34b, am weitesten von dem Dichtsitz 38 beabstandet ist, und einer maximalen Position, in der der Stift 34, insbesondere der Teil 34b, an dem Dichtsitz 38 anliegt.
Das der Feder abgewandte Ende des Stifts 34 berührt in der Mittelposition das Dichtelement 36, wirkt aber keine oder nahezu keine Kraft auf das Dichtelement 36 aus. Bewegt sich das Dichtelement 36 nach dem natürlichen Öffnungszeitpunkt aufgrund der Druckverhältnisse in Richtung des Ventilgehäuses 29 weg vom Dichtsitz 38, folgt ihm der Stift aufgrund der Federkraft F_1. Durch den auf dem Aktuator aufgeprägten Strom wird der Impuls abgeschwächt, den der Stift auf Grund der Federkraft 34 erfährt. Zudem wird aufgrund der Bewegung des Stifts 34 eine Induktion im Aktuator 42 hervorgerufen, die die Messwerte I_AV des Stroms verändert.
Dadurch, dass sich der Stift nur von der Mittelposition bis zu der Endposition bewegt, ist die Strecke, die der Stift zurücklegt, verringert. Dies verkürzt die benötigte Zeit, bis der Stift in der rechten Position angelangt ist. Dadurch kann eine geringe Geschwindigkeit für die Bewegung des Stifts verwendet werden. Dies reduziert die Auftreffenergie (vergleiche 3A bis 3C). Insbesondere der reduzierte Aufprallimpuls des Stifts auf den Endanschlag 38 führt zu einem leisen und verschleißarmen Öffnen des Ventils.
Während des Betriebs kann die Steigung des Trends der Messwerte I_AV ermittelt werden. Eine vorgegebene Änderung der Steigung ist repräsentativ für den natürlichen Öffnungszeitpunkt NP. Wie in 4 gezeigt, weist der Trend der Messwerte I_AV zum natürlichen Öffnungszeitpunkt NP des Ventils 20 einen Knick auf. Durch eine Ermittlung der vorgegebenen Änderung der Steigung des Trends der Messwerte I_AV kann der natürliche Öffnungszeitpunkt während des Betriebs, insbesondere während des zweiten Betriebsmodus nachgeregelt werden. Eine Verschiebung des natürlichen Öffnungszeitpunkts NP kann sich beispielsweise durch eine Temperaturveränderung innerhalb des Ventils ergeben oder durch eine Änderung des Drucks des Fluids in dem Ventil.
Die in 4 hoch aufgelöste Darstellung des Verlaufs des Stroms zeigt auch durch eine Pulsweitenmodulation bedingte Schwankungen des Stroms. Grundsätzlich ist der Verlauf des Stroms jedoch als linear zu verstehen, und der lineare Verlauf des Stroms wird lediglich von den vergleichsweise sehr kleinen Schwankungen der Pulsweitenmodulation überlagert.
Für ein Öffnen des Ventils 20 wird dem Aktuator 42 in einem ersten Betriebsmodus ein Strom mit einem vorgegebenen Verlauf aufgeprägt. Der erste Betriebsmodus, kann auch als Detektionsmodus bezeichnet werden. Im ersten Betriebsmodus wird der Wert für den Strom detektiert, der dem Aktuator zu dem Zeitpunkt vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt NP aufgeprägt wird.
Der aufgeprägte Strom nimmt ausgehend von einem Anfangswert ab. Für den Anfangswert des Stroms ist die Aktuatorkraft F_2 größer als die Federkraft F_1. Damit wird der Stift 34 entgegen der Federkraft F_1 in Richtung auf die Feder 32 hin gedrückt. Das Ventil 20 kann in diesem Zustand geschlossen sein. Ist das Ventil 20 in der Pumpe 10 angeordnet, so nimmt der aufgeprägte Strom den Anfangswert an, wenn der Pumpenkolben 14 den oberen Totpunkt TP erreicht.
Im Folgenden werden Messwerte I_AV des Stroms zeitlich aufeinanderfolgend ermittelt. Abhängig von zwei aufeinanderfolgenden Messwerten I_AV des Stroms wird ein aktueller Wert einer zeitlichen Veränderung des Stroms bestimmt. Der Strom wird so lange in linearer Weise reduziert, bis der aktuelle Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms von einem vorhergehenden Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, das heißt, dass die Abweichung zwischen dem aktuellen Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms zu dem vorhergehenden Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Der aktuelle Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms nimmt beispielsweise einen positiven Wert an, während der vorhergehende Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms einen negativen Wert aufweist. Die Änderung des Werts der zeitlichen Veränderung des Stroms gegenüber den vorhergehenden Werten der zeitlichen Veränderung des Stroms wird verursacht durch eine Induktion eines Gegenstroms in dem Aktuator 42 aufgrund einer Bewegung des Stifts 34 in Richtung der Federkraft F_1. Ein Referenzwert I_REF des Stroms nimmt nun den aktuellen Messwert I_AV des Stroms an. Der Referenzwert I_REF des Stroms ist repräsentativ dafür, dass die Aktuatorkraft F_2 gleich der um den vorgegebenen Wert F_3 verringerten Federkraft F_1 ist.
Vorzugsweise wird der aufgeprägte Strom abhängig von einer Pulsweitenmodulation eingestellt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn Zeitpunkte zum Ermitteln der Messwerte I_AV des Stroms abhängig sind von Zeitpunkten der Maxima des pulsweitenmodulierten Stroms.
Die Frequenz der Pulsweitenmodulation kann den gewünschten Zeitpunkt zum Ermitteln der Messwerte I_AV des Stroms angepasst werden. Damit ist es insbesondere möglich, den Abstand der Maxima des pulsweitenmodulierten Stroms an die gewünschten Messpunkte zum Ermitteln der Messwerte I_AV des Stroms anzupassen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Messwerte I_AV des Stroms durch eine Spannungsmessung an einen Nebenschlusswiderstand ermittelt werden.
Der erste als Detektionsmodus bezeichnete Betriebsmodus kann insbesondere abhängig von Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur des Ventils 20 oder einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil 20 oder abhängig von Kennwerten der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel der Drehzahl oder der Laufzeit der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Die Detektionsmodus erfolgt in Ausführungsbeispielen jeweils beim Start der Brennkraftmaschine. Die Speicherung der für die verschiedenen Betriebszustände des Ventils 20 oder der Brennkraftmaschine ermittelten Referenzwerte I_REF des Stroms und der natürlichen Öffnungszeitpunkt NP erfolgt in Ausführungsformen durch Ablegen in einem betriebspunktabhängigen Kennfeld. Damit können die Referenzwerte I_REF des Stroms und der natürliche Öffnungszeitpunkt NP für verschiedene Betriebsbedingungen des Ventils 20 beziehungsweise der Brennkraftmaschine im Rahmen des ersten Betriebsmodus abgespeichert werden.
In einem zweiten Betriebsmodus, der auch als Arbeitsmodus bezeichnet wird, wird dem Aktuator 42 der Strom mit dem vorgegebenen Wert zu dem Zeitpunkt aufgeprägt, der im den vorgegebenen Intervall vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt NP liegt. Insbesondere Ist der Zeitpunkt abhängig von dem Nockenwellensignal NS und insbesondere abhängig von dem Zeitpunkt des oberen Totpunktes TP. Der vorgegebene Wert entspricht dem im ersten Betriebsmodus ermittelten Referenzwert I_REF. Die Messwerte I_AV des Stroms nehmen linear zu (4) ausgehend von dem Ausgangswert zum Zeitpunkt des oberen Totpunktes TP. Ist das Ventil 20 in der Pumpe 10 angeordnet, so nimmt der aufgeprägte Strom den Endwert des Stroms an, wenn der Pumpenkolben 14 nahe dem unteren Totpunkt ist.
Der Endwert des Stroms ist repräsentativ dafür, dass der Stift 34 in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils 20 nicht erlaubt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Federkraft F_1 nur wenig größer als die Aktuatorkraft F_2 ist. Der Stift 34 kann in sanfter Weise mit dem Dichtelement 36 in Kontakt gelangen, und so die Position des Dichtelements 36 gegenüber dem Dichtsitz 38 festlegen, wodurch das Ventil 20 wirksam offen gehalten werden kann. Durch die langsame Bewegung des Stifts 34 kann die Geräuschentwicklung des Ventils 20 sehr klein gehalten werden und das Ventil 20 dennoch zuverlässig und ausreichend rasch geöffnet werden. Durch die langsame Bewegung des Stifts 34 kann darüber hinaus der Verschleiß des Ventils 20 klein gehalten werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Ventils (20), das aufweist eine Feder (32) mit einer Federkraft (F_1), einen Aktuator (42) mit einer entgegen der Federkraft (F_1) wirkbaren Aktuatorkraft (F_2), einen Stift (34), der mittels des Aktuators (42) betätigbar ist, ein Dichtelement (36), das mit dem Stift (34) koppelbar ist, und einem Dichtsitz 38, so dass das Ventil geschlossen ist, wenn das Dichtelement 36 an dem Dichtsitz 38 anliegt, umfassend: – Ermitteln eines erwarteten natürlichen Öffnungszeitpunktes (NP), bei dem das Dichtelement (36) auf Grund einer Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil (20) von dem Dichtsitz (38) abhebt, – Aufprägen eines elektrischen Stroms mit einem vorgegebenen Wert auf den Aktuator (42) zu einem Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt, zu dem das Dichtelement (36) an dem Dichtsitz (38) anliegt, so dass der Stift das Dichtelement (36) berührt und die Aktuatorkraft (F_2) der um einen vorgegebenen Wert verringerten Federkraft (F_1) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einem ersten Betriebsmodus: – dem Aktuator (42) der Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufgeprägt wird ausgehend von einem Anfangswert des Stroms, bei dem der Stift (34) in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils (20) erlaubt, – Messwerte (I_AV) des Stroms zeitlich aufeinander folgend ermittelt werden, – ein Referenzwert (I_REF) des Stroms den aktuellen Messwert (I_AV) des Stroms annimmt, sobald der Verlauf der Messwerte (I_AV) des Stroms von dem dem Aktuator (42) aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, wobei der Referenzwert (I_REF) des Stroms repräsentativ ist dafür, dass die Aktuatorkraft (F_2) der um einen vorgegebenen Wert verringerten Federkraft (F_1) entspricht, und bei dem in einem zweiten Betriebsmodus: – der vorgegebene Wert des Stroms, der zu dem Zeitpunkt innerhalb des Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt dem Aktuator aufgeprägt wird, dem Referenzwert (I_REF) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Feder (32) ausgebildet ist zum Öffnen des Ventils (20), bei dem in dem ersten Betriebsmodus – der aufgeprägte Strom linear abnimmt ausgehend von dem Anfangswert des Stroms, und für den Anfangswert des Stroms die Aktuatorkraft (F_2) größer ist als die Federkraft (F_1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem der aufgeprägte Strom abhängig von einer Pulsweitenmodulation eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Messwerte (I_AV) des Stroms abhängig von einer Spannung an einem Nebenschlusswiderstand ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Referenzwert (I_REF) des Stroms bestimmt wird abhängig von einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil (20) oder in einem vorgegebenen Bereich des Ventils (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem das Ventil (20) in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und der Referenzwert (I_REF) des Stroms bestimmt wird abhängig von Kennwerten der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem der Referenzwert (I_REF) des Stroms in einem betriebspunktabhängigen Kennfeld abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem im zweiten Betriebsmodus Messwerte (I_AV) des Stroms abhängig von einer Spannung an einem Nebenschlusswiderstand ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der natürliche Öffnungszeitpunkt (NP) abhängig von einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil (20) oder in einem vorgegebenen Bereich des Ventils (20) und/oder dem Druck innerhalb des Ventils (20) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Ventil (20) in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und der natürliche Öffnungszeitpunkt (NP) ermittelt wird abhängig von Kennwerten der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der natürliche Öffnungszeitpunkt (NP) in einem betriebspunktabhängigen Kennfeld abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem im zweiten Betriebsmodus dem Aktuator nach dem natürlichen Öffnungszeitpunkt (NP) so ein elektrischer Strom aufgeprägt wird, dass sich der Stift (34) in eine Position bewegt, in der er das Schließen des Ventils (20) nicht erlaubt.
Vorrichtung zum Steuern eines Ventils (20), das aufweist eine Feder (32) mit einer Federkraft (F_1), einen Aktuator (42) mit einer entgegen der Federkraft (F_1) wirkbaren Aktuatorkraft (F_2), einen Stift (34), der mittels des Aktuators (42) betätigbar ist, ein Dichtelement (36), das mit dem Stift (34) koppelbar ist, und einem Dichtsitz 38, so dass das Ventil geschlossen ist, wenn das Dichtelement 36 an dem Dichtsitz 38 anliegt, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: – Ermitteln eines erwarteten natürlichen Öffnungszeitpunktes (NP), bei dem das Dichtelement (36) auf Grund einer Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil (20) von dem Dichtsitz (38) abhebt, – Aufprägen eines elektrischen Stroms mit einem vorgegebenen Wert auf den Aktuator (42) zu einem Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Intervalls vor dem natürlichen Öffnungszeitpunkt, zu dem das Dichtelement (36) an dem Dichtsitz (38) anliegt, so dass der Stift das Dichtelement (36) berührt und die Aktuatorkraft (F_2) der um einen vorgegebenen Wert verringerten Federkraft (F_1) entspricht.